KR20090042917A - 금속표면에서 산화막을 줄이기 위한 플럭스 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 표면에 뿌려 산화막을 줄이기 위한 플럭스에 관한 것으로, 이 플럭스는 불화칼륨, 불화나트륨 및 물로 이루어진다. 본 발명은 또한 철계 합금과 알루미늄계 합금의 2가지 재료로 된 금속 부분들을 제조하기 위한 주조법에 관한 것이기도 하다. 본 발명의 플럭스는 불화지르코늄, 불화리튬, 불화나트륨, 칼륨빙정석 및 칼륨알루미늄 불화물(KaAlF4) 중의 하나나 다수를 일부분으로 하고, 지르코늄, 리튬, 칼륨, 나트륨, 비스무트, 붕소, 타타늄 및 젤라틴 중의 하나나 다수를 기제로 한 염을 다른 부분으로 한다.

Description

금속표면에서 산화막을 줄이기 위한 플럭스 및 방법{FLUX AND METHOD FOR THE REDUCTION OF OXIDE LAYERS ON METALLIC SURFACES}

본 발명은 금속 표면에 뿌려 산화막을 줄이기 위한 플럭스에 관한 것으로, 이 플럭스는 불화칼륨, 불화나트륨 및 물로 이루어진다. 본 발명은 또한 철계 합금과 알루미늄계 합금의 2가지 재료로 된 금속 부분들을 제조하기 위한 주조법에 관한 것이기도 하다.

대부분의 금속은 대기중에서 산소의 영향으로 산화막을 형성한다. 이런 산화막은 경우에 따라서는, 예컨대 알루미늄판 같은 경우에는 바람직하지만, 다른 경우에는 생산과정에 악영향을 미친다. 알루미늄 합금액체를 사용할 때는, 알루미늄 피스톤의 저압 주조에서와 마찬가지로, 다이캐스트내 알류미늄 합금액체 표면에 바로 산화막이 형성되고, 이런 산화막은 주조품의 품질에 악영향을 미친다.

용융 알루미늄 합금에서 산화막을 제거하는데 다양한 수동식/자동식 방법이 있다.

예를 들어, DE 34 11 970에 소개된 방법에 의하면, 알루미늄 합금액체가 들어있는 도가니에서 국자로 알루미늄을 퍼내 주형에 부어 내연기관의 피스톤을 제작하곤 했다. 작업자가 알루미늄 액체를 퍼낼 때 표면에 형성된 산화막도 같이 퍼내 지는데, 이는 작업자가 국자로 퍼낼 때 산화막과 더불어 찌꺼기를 없애면 되지만, 알루미늄과 알루미늄 합금의 경우에는 새로운 산화막이 바로바로 형성되므로, 이를 완전히 없애는 것은 거의 불가능하다.

DE 34 11 970에서는 찌꺼지를 자동으로 제거하는 방법을 소개하는데, 여기서는 다이캐스트내의 용융 금속에 국자와 스트리퍼를 같이 담구고, 스트리퍼를 자동으로 움직여 국자를 긁어내면서 찌꺼기를 긁어냄과 동시에, 국자를 수직면에서 회동시켜 다이캐스트에서 찌꺼기를 배출시킨다. 이렇게 하면 주조 부재에 생기는 알루미늄 산화물을 최소화할 수 있다.

산화막이 주조제품에 미치는 문제를 줄이는 관점에서, DE 101 13 961A1에서 소개한 방법은 제품에 있는 산화막을 환원시키는 플럭스를 이용한다. 주조할 제품에 다른 금속막이 생기기 전에, 금속제품에 플럭스를 뿌려, 산화막을 줄이는 한편 주형 재료와 주조할 재료 사이의 금속결합을 증가시키는데, 이는 산화막이 분해되어 확산방지층이 없어지기 때문이다. 이런 금속결합법의 문제점은 주조할 부재의 금속막 사이에 산화막이 생긴다는 것이다. 알루미늄 산화막은 융점이 2000℃ 정도로 아주 높지만, 일반 알루미늄 합금의 융점은 보통 1000℃ 밑이고, 800℃보다 낮을 때도 있다. 따라서, 주형 재료가 산화막을 분해하지 못해 결합력의 결함이 증가하게 된다. 이런 고융점 산화막을 줄이거나 용해하기 위해, 주조에 앞서 미리 플럭스를 뿌린다.

알루미늄 합금과 내부막을 이루는 내마모 재료로 주조품을 제조하는 방법이 DE 2 344 899에 소개되었다. 이 방법에서는, 주조에 앞서 코팅할 코어를 알루미늄 용탕에 담궈 알루미늄과 내마모 재료로 된 확산막을 형성한다. 이 방법을 알핀(Alfin)법이라고 한다. 여기서는 알루미늄 용융액의 결합을 위해 플럭스를 이용하는 것을 소개하는데, 코어에 내마모 재료를 입히기 전에 박리제로 코팅해 주조가 끝난 뒤 코어를 분리하기 좋게 한다.

본 발명의 목적은 산화막을 줄일 수 있으며 주조품과 주형재료 사이의 금속결합을 크게 개선하는 화학약품을 제공하는데 있다. 또, 도가니 내의 산화막 제거과정을 생략하는 방법도 본 발명의 목적이다. 또다른 목적은 액체나 고체 금속표면의 산화막을 줄이거나 완전히 없애는 방법을 제공하는데 있다.

이런 본 발명의 목적들은 금속 표면에 첨가하여 표면의 산화막을 줄이기 위해 불화칼륨, 불화나트륨 및 물을 함유하되, 젤라틴을 더 함유하는 플럭스에 의해 달성된다. 금속 표면에 첨가하여 표면의 산화막을 줄이기 위한 본 발명의 플럭스는, 불화지르코늄, 불화리튬, 불화나트륨, 칼륨빙정석 및 칼륨알루미늄 불화물(KaAlF4) 중의 하나나 다수를 일부분으로 하고, 지르코늄, 리튬, 칼륨, 나트륨, 비스무트, 붕소, 타타늄 및 젤라틴 중의 하나나 다수를 기제로 한 염을 다른 부분으로 한다. 이 경우, 젤라틴은 칼슘 및/또는 마그네슘, 유기성분 및 무기성분으로 이루어져 플럭스에 0.5~5 wt% 함유되는 것이 바람직하다. 젤라틴의 주성분은 칼슘(㎏당 3950㎎)과 마그네슘(㎏당 1500㎎)이다. 또, 본 발명에 있어서, 플럭스는 5~20 wt%의 지르코늄 및/또는 0.1~5 wt%의 티타늄 및/또는 8~25 wt%의 리튬 및/또는 2~10 wt%의 나트륨 및/또는 0.5~5 wt%의 비스무트 및/또는 2~10 wt%의 붕소를 함유한다.

본 발명은 또한, 철계 합금과 알루미늄계 합금의 2가지 재료로 된 금속 부분들을 제조하기 위해, 철계 합금 부재(1,5)를 알루미늄 용탐에 담가 알루미늄계 합금의 금속막(2,6)을 코팅한 다음, 코팅된 부재(1,5)를 주형에 넣어 알루미늄계 합금으로 주조하는 주조법에 있어서: 철계 합금 부재(1,5)를 알루미늄 용탕에 담그기 전에 본 발명의 플럭스를 알루미늄 용탕의 표면에 첨가해 표면에 형성된 산화막을 줄이거나 용해시키고, 철계합금 부재를 알루미늄 용탕에 담그면 이 부재와 금속막 사이에 금속결합이 일어나는 주조법을 제공한다.

이런 본 발명의 주조법에서는, 플럭스를 액체상태나 입자상태로 알루미늄 용탕에 첨가하는 것이 바람직하다. 철계합금 부재를 주형에 넣기 전에, 상기 금속막이 형성된 철계합금 부재에 앞에서 설명한 본 발명에 따른 플럭스를 뿌리는데, 이 경우 플럭스를 0.3㎡당 10~100 g의 양으로 개방 다이캐스트에 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 금속 부분들을 서로 결합하는 방법에 있어서: 결합할 부분들에 전술한 본 발명에 따른 따른 플럭스를 뿌려 금속 부분의 표면에 형성되는 산화막을 줄이거나 용해하는 방법도 제공하는데, 구체적으로는 용접법을 예로 들 수 있다.

본 발명은 또한, 금속 표면의 산화막을 줄이는 방법에 있어서: 금속 표면에 본 발명에 따른 플럭스를 뿌리는 방법도 제공하는데, 이때 금속 표면이 알루미늄계 합금이나 철계 합금으로 이루어진다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세ㅎ히 설명한다.

도 1은 알루미늄막으로 코팅된 피스톤용 2개의 링캐리어를 보여주는 도면.

알핀법으로 코팅되고 피스톤의 일부분을 이루는 링캐리어가 도 1에 도시되어 있다. 도 1의 좌측에 도시된 링 캐리어(1)는 철계 합금으로 이루어졌고 알핀법에 의해 알루미늄막(2)으로 코팅되었다. 링캐리어(1)에 형성된 원주홈(3)은 주물재료에 링캐리어(1)를 고정하는 역할을 한다.

도 1의 링캐리어(1)를 알루미늄 용탕에 담그고, 용탕 표면에는 기존의 플럭스, 여기서는 NOCOLOC가 공급된다. 이 테스트는 알루미늄 용탕 표면의 산화물을 줄여 링캐리어의 표면 전체를 골고루 코팅하는 것을 목적으로 했다. NOCOLOC란 용제와 젤라틴을 가하면 알루미늄 용탕에 형성되는 불순물이 상당히 감소되어, 링캐리어(1)와 알루미늄막(2)의 접착력이 몇 군데(4)에서만 일어난다. 알루미늄 용탕에 본 발명에 따른 플럭스를 가하면 용탕 표면에 형성되는 산화막이 눈에 띄게 줄어들어, 링캐리어(1)의 알루미늄막(2)이 종래에 비해 크게 우수한 결과를 얻을 수 있다.

도 1의 우측 링캐리어(5)는 용탕내에서 알핀처리된 것으로, 기존의 용제인 NOCOLOC와 반응제와 젤라틴으로 형성된 플럭스를 용탕에 추가했다. 청구항 4항에서 주장한 본 발명의 플럭스를 가하면, 알루미늄 용탕 표면의 산화막이 거의 완전히 줄어들고 링캐리어(5)를 용탕에 오랫동안 담궈둘 수 있는데, 이는 산화막이 없는 용탕 표면의 플럭스가 링캐리어(5) 표면에 침착되기 때문이다. 링캐리어(5)의 알핀처리된 표면의 알핀막, 즉 알루미늄막(6)은 계속 균일하고 결함이 없다. 따라서, 본 발명의 주조법은 2가지 이상의 재료로 금속부분을 제조하면서도 금속막(2,6)을 링캐리어(1,5) 표면에 최적으로 접합할 수 있다.

링캐리어(1,5)에서 산화물을 줄이기 위해, 본 발명에서는 금속막(2,6)이 형성되는 링캐리어(1,5)에 청구항 1~4에 따른 플럭스를 가한 다음에야 주형에 링캐리어를 넣는다. 이렇게 되면, 금속막(2,6)에 형성되는 산화물을 줄여, 금속막(2,6)과 주물 금속 사이에 금속결합을 이룰 수 있다. 주물 재료로는 알루미늄 합금, 특히 알루미늄실리콘 합금이 바람직하지만, 이는 어디까지나 예를 든 것일 뿐이고, 실린더크랭크 하우징의 실린더 라이너나 크랭크축 베어링과 같은 다른 부분에도 본 발명의 주조법을 적용할 수 있다. 본 발명의 방법은 특히 여러 재료들 사이에 금속결합이 필요한 경우 적당하다.

본 발명에 따른 플럭스는 액체이든 입자상태이든 제곱 센티미터당 10~100g 정도로 AlSi9, AlSi12, Al99.5의 알루미늄 용탕에 바로 첨가된다. 알루미늄 용탕에 플럭스를 첨가하면, 곧바로 산화막이 줄어들고, 용융 알루미늄합금의 다이캐스트 자유표면에 산화막이 없는 표면이 형성된다.

본 발명의 플럭스의 다른 용도는 주물부재 제조법에 있는바, 액체 경금속 합금을 개방된 다이캐스트에서 퍼서 주형에 채운다. 종래의 방법에서는 알루미늄합금의 액체면에서 산화막이나 불순물을 수동이나 자동으로 제거했지만, 이 경우 한편으로는 알루미늄 산화막을 완벽히 제거할 수 없고 다른 한편으로는 알루미늄 산화 막이 곧바로 다시 형성된다는 문제가 있었다.

본 발명의 플럭스를 주물부재 제조에 적용할 경우, 경금속 합금을 떠내기 전에 그 표면에 플럭스를 첨가하여 산화막을 완벽하게 제거한다. 플럭스는 경금속 합금 표면의 산화막을 줄이거나 용해시키므로, 산화막이 없는 표면에 국자를 담가 산화물이 없는 알루미늄이나 알루미늄 합금을 떠낼 수 있다. 이렇게 되면, 주물부재를 주조할 때 산화막을 없애거나 산화막을 크게 줄일 수 있다.

다이캐스트내의 용융금속 표면에 제곱 센티미터당 10~100g, 바람직하게는 20g의 플럭스를 첨가하는데, 용융금속의 표면의 직경은 40cm 정도이다. 이렇게 하면 용융금속액 표면의 산화물을 완전히 제거하고 표면에 산화막이 전혀 없는 알루미늄 합금액을 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 플럭스를 금속부품들의 결합에도 적용할 수 있다. 용접과 같은 결합을 할 때, 재료 표면에 산화물이 있으면 산화물이 용융물에 섞여 용접결함을 일으킨다. 본 발명의 플럭스를 사용하면 철계 합금과 알루미늄계 합금 모두에서 산화막을 없애 결합면에서 영구적으로 산화물을 없앨 수 있다.

또, 본 발명의 플럭스를 이용해 알루미늄 위주로 형성된 철계 표면이나 알루미늄계 표면과 같은 금속 표면의 산화막을 줄일 수 있다. 본 발명의 플럭스는 용융 알루미늄 합금에만 적용되는 것이 아니라 표면에 산화막이 형성되는 모든 고체 금속 표면에 적용될 수 있다.

Claims (13)

1. 금속 표면에 첨가하여 표면의 산화막을 줄이기 위해 불화칼륨, 불화나트륨 및 물을 함유하는 플럭스에 있어서:

   젤라틴을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 플럭스.
2. 금속 표면에 첨가하여 표면의 산화막을 줄이기 위한 플럭스에 있어서:

   불화지르코늄, 불화리튬, 불화나트륨, 칼륨빙정석 및 칼륨알루미늄 불화물(KaAlF4) 중의 하나나 다수를 일부분으로 하고, 지르코늄, 리튬, 칼륨, 나트륨, 비스무트, 붕소, 타타늄 및 젤라틴 중의 하나나 다수를 기제로 한 염을 다른 부분으로 하는 것을 특징으로 하는 플럭스.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 젤라틴이 칼슘 및/또는 마그네슘, 유기성분 및 무기성분으로 이루어져 플럭스에 0.5~5 wt% 함유되는 것을 특징으로 하는 플럭스.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 플럭스가 5~20 wt%의 지르코늄 및/또는 0.1~5 wt%의 티타늄 및/또는 8~25 wt%의 리튬 및/또는 2~10 wt%의 나트륨 및/또는 0.5~5 wt%의 비스무트 및/또는 2~10 wt%의 붕소를 함유하는 것을 특징으로 하는 플럭스.
5. 철계 합금과 알루미늄계 합금의 2가지 재료로 된 금속 부분들을 제조하기 위해, 철계 합금 부재(1,5)를 알루미늄 용탐에 담가 알루미늄계 합금의 금속막(2,6)을 코팅한 다음, 코팅된 부재(1,5)를 주형에 넣어 알루미늄계 합금으로 주조하는 주조법에 있어서:

   철계 합금 부재(1,5)를 알루미늄 용탕에 담그기 전에 청구항 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나에 따른 플럭스를 알루미늄 용탕의 표면에 첨가해 표면에 형성된 산화막을 줄이거나 용해시키고, 철계합금 부재를 알루미늄 용탕에 담그면 이 부재와 금속막 사이에 금속결합이 일어나는 것을 특징으로 하는 주조법.
6. 제5항에 있어서, 상기 플럭스를 액체상태나 입자상태로 알루미늄 용탕에 첨가하는 것을 특징으로 하는 주조법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 철계합금 부재를 주형에 넣기 전에, 상기 금속막이 형성된 철계합금 부재에 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나에 따른 플럭스를 뿌리는 것을 특징으로 하는 주조법.
8. 제7항에 있어서, 상기 플럭스를 0.3㎡당 10~100 g의 양으로 개방 다이캐스트에 첨가하는 것을 특징으로 하는 주조법.
9. 금속 부분들을 서로 결합하는 방법에 있어서:

   결합할 부분들에 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나에 따른 플럭스를 뿌려 금속 부분의 표면에 형성되는 산화막을 줄이거나 용해하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 방법이 용접법인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 금속 표면의 산화막을 줄이는 방법에 있어서:

    금속 표면에 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나에 따른 플럭스를 뿌리는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 금속 표면이 알루미늄계 합금이나 철계 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나에 있어서, 젤라틴을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 플럭스.

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